邊緣AI與機器學習

2025貿(mào)澤電子技術(shù)創(chuàng)新論壇

隨著AI在數(shù)據(jù)中心運營中發(fā)揮核心作用，對高效、高性能電源解決方案的需求變得越來越重要。最顯著的趨勢之一是轉(zhuǎn)向更高的總線電壓，例如從12V過渡到48V甚至更高。對于連接器行業(yè)來說，隨著AI技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心尤其是AI服務(wù)器和加速計算系統(tǒng)的需求激增，對高速信號連接、光纖互連、夾層連接器等產(chǎn)品提出了更高要求，數(shù)據(jù)至上，對更快速、更高效互聯(lián)通道的需求變得前所未有的迫切。作為基礎(chǔ)并且關(guān)鍵的器件，高速信號連接器在AI領(lǐng)域中會有更大的應用前景。

供應商方案選擇

1Vicor高性能功率模塊方案

圖1：Vicor 電源方案（圖源：Vicor）

AI為生產(chǎn)力帶來質(zhì)的飛躍的同時其運行時能耗巨大，導致溫室氣體的排放也顯著增加。Vicor 電源模塊與垂直供電架構(gòu)相結(jié)合，為 AI 計算提供了高效的供電方法，實現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的電流密度。 隨著人工智能技術(shù)的需求越來越大， 供電網(wǎng)絡(luò)（PDN）正在經(jīng)歷從 12V 架構(gòu)向 48V 架構(gòu)的轉(zhuǎn)變，以實現(xiàn)更高的效率。48V 電源架構(gòu)的優(yōu)勢已經(jīng)在高性能計算、汽車和其他應用中得到了驗證。

然而，對于幾十年來圍繞12V架構(gòu)進行了優(yōu)化的傳統(tǒng)系統(tǒng)而言，向48V架構(gòu)的轉(zhuǎn)變帶來了許多電源系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)。作為 48V DC/DC 電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的領(lǐng)導者，Vicor借助48V電源模塊簡化系統(tǒng)設(shè)計，幫助完成這一過渡。

對于AI數(shù)據(jù)中心來說，高效、可靠的電源模塊是控制系統(tǒng)安全可靠運行的保證。小巧、輕量化、低成本的電源模塊是實現(xiàn)智能化系統(tǒng)的必要前提。DCM系列電源是Vicor推出的一款高性能隔離穩(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，可從寬泛的未穩(wěn)壓輸入生成隔離式穩(wěn)壓輸出。

憑借ZVS拓撲結(jié)構(gòu)，DCM轉(zhuǎn)換器降低了開關(guān)損耗，提高了開關(guān)頻率，可在整個輸入電壓范圍內(nèi)始終提供高效率。采用ChiP封裝技術(shù)，可提高電源模塊的轉(zhuǎn)換效率、功率密度，有效地節(jié)省了制作成本。DCM隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，輸出電壓包括：3.3, 5, 12, 13.8, 15, 24, 28, 36, 48V等不同等級。最高功率1300W，轉(zhuǎn)換效率接近96%。DCM電源轉(zhuǎn)換模塊還提供短路和熱保護機制，以便在檢測到故障時可以自動關(guān)閉電源模塊。在數(shù)據(jù)中心等行業(yè)應用中，對功率的要求可能會超出單個DC/DC轉(zhuǎn)換器可提供的功率，這時就需要多個器件并聯(lián)使用。在陣列模式下并聯(lián)多個DCM轉(zhuǎn)換器，即可通過負載分配實現(xiàn)更高的功率容量。

將 12V 系統(tǒng)提升到 48V 系統(tǒng)時，對于需要更高效率以及更多電源的原有系統(tǒng)，Vicor 提供了一種使用雙向 NBM 非隔離母線轉(zhuǎn)換器的簡單方法。

NBM 可在 48V 與 12V 之間實現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換，因此既可將原有電路板整合在 48V 基礎(chǔ)架構(gòu)中，也可將最新 GPU 整合在原有 12V 機架中。采用3.3 立方厘米的封裝，提供 48V 至 12V 雙向轉(zhuǎn)換，在 750W 穩(wěn)定功率和 1kW 峰值功率下，支持 98% 的峰值效率。開關(guān)頻率為 1.7 MHz，占用的空間只是需要大量分立式組件的低速開關(guān)頻率解決方案所需空間的一小部分。NBM 將其輸出保持在狹窄的電壓頻段內(nèi)的同時，可快速響應瞬態(tài)負載。NBM 是一套完整的電源方案，無需外部過濾器、大電容器、熱插拔或涌流限制，提供電壓基本沒有噪聲。

Vicor ZVS升降壓穩(wěn)壓器是高效率、寬輸入范圍的DC/DC穩(wěn)壓器，結(jié)合了高效率ZVS拓撲與高密度系統(tǒng)級封裝，性能高且易于設(shè)計，將控制器、電源開關(guān)和支持元件全部集成在一個高密度的系統(tǒng)級封裝（SiP）中。高開關(guān)頻率的工作減小了外部濾波元件的尺寸，提高了功率密度，并且實現(xiàn)了對線路和負載瞬變作出非?？焖俚膭討B(tài)響應，可在不影響高效率和大轉(zhuǎn)換比的情況下，在額定輸入電壓范圍內(nèi)維持高開關(guān)頻率。ZVS升降壓穩(wěn)壓器在>800kHz FSW下效率超過98%，具有快速瞬態(tài)響應，并可通過單線均流實現(xiàn)并聯(lián)。ZVS系列可為12VIN、24VIN和48VIN標稱系統(tǒng)提供降壓穩(wěn)壓功能。

2Amphenol性能卓越的高速I/O信號連接系統(tǒng)

圖2：Amphenol 連接技術(shù)方案（圖源：Amphenol）

AI 領(lǐng)域?qū)Ω咚贁?shù)據(jù)傳輸和大規(guī)模計算能力的追求永無止境。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，每一次突破都為 AI 應用帶來更廣泛的應用空間。Amphenol創(chuàng)新、全面的高速、全面連接方案，不僅是技術(shù)的展示，更是 AI 硬件連接技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。Amphenol為高速 I/O、背板和夾層連接器及電纜提供可靠的集成信號完整性解決方案，以滿足 AI、ML 的廣泛與應用，符合 PCIe 和 DDR 標準、高性能存儲和內(nèi)存連接器以及高速磁性模塊插座和線對板電源連接器，適用于所有 AI/ML 應用。

Amphenol QSFP雙密度 (DD) 互連系統(tǒng)具有向后兼容QSFP產(chǎn)品插配接口的連接器和電纜組件，利用八個通道的電氣接口，支持25Gb/s NRZ調(diào)制或56Gb/s PAM4，提供400Gb/s總帶寬的解決方案。76位0.8mm間距連接器可在單個交換機插槽中實現(xiàn)高達14.4Tb/s的總帶寬。連接器和保持架設(shè)計與QSFP28模塊向后兼容，可插入QSFP DD端口并連接八個電氣通道中的四個。

大型數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)，需要更高的信號速度、帶寬和更高密度的連接，才能符合其復雜的設(shè)計和配置要求。為了改進數(shù)據(jù)中心的設(shè)計和數(shù)據(jù)管理能力，開發(fā)高可靠的連接器是必不可少的。 Amphenol OSFP互連系統(tǒng)具有八個高速通道，每端口具有60個觸點，觸點間距為0. 6mm。OSFP占位針對信號完整性性能進行了優(yōu)化，專為高速串行應用而設(shè)計。

安費諾互連系統(tǒng)經(jīng)增強實現(xiàn)了低串擾，可提供適用于共振抑制的接地共用。OSFP設(shè)計用于1U應用。模塊側(cè)設(shè)有集成散熱片，可實現(xiàn)最佳散熱性能。Amphenol的OSFP產(chǎn)品組合是完整和全面的連接解決方案，由DAC銅纜、AOC、疊層/聯(lián)動型板連接器和屏蔽籠解決方案組成。把8個25Gb/秒的通道有效地擴大到50Gb/秒/通道，產(chǎn)品均達到200 - 400Gb/秒/端口的總帶寬，支持短接、短距離或長距離線纜應用。

邊緣智能技術(shù)展望

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的普及，智能手機和移動設(shè)備的廣泛應用，數(shù)據(jù)處理的負擔逐漸從集中式數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移到設(shè)備本地。這一轉(zhuǎn)變極大地減少了對于中心化數(shù)據(jù)處理的需求，為邊緣計算的發(fā)展提供了強大的動力。邊緣AI的快速發(fā)展也凸顯了邊緣計算為相關(guān)產(chǎn)業(yè)全面部署AI帶來的諸多好處，如：降低延遲、提升可靠性和彈性、降低成本、滿足安全、隱私和合規(guī)、更高的可靠性等需求。

如今，電子元器件公司都在邊緣 AI 領(lǐng)域的積極布局，充分彰顯了邊緣 AI 的火爆程度。從電源系統(tǒng)優(yōu)化、連接技術(shù)創(chuàng)新到算力技術(shù)的突破，從應用場景拓展到生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)，各廠商全方位發(fā)力，不僅滿足了當下多樣化的市場需求，也為邊緣 AI 未來的發(fā)展鋪就了堅實道路。隨著AI算法、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和邊緣算力的不斷提升，以及與新技術(shù)深度融合的不斷加速, 可以預見邊緣智能正迅速成為實現(xiàn)可持續(xù)、高效和普及化AI應用的關(guān)鍵途徑， 為工業(yè)、醫(yī)療、城市、交通、零售等多個領(lǐng)域創(chuàng)造更高的價值。

邊緣計算與人工智能的結(jié)合，正在推動一場深刻的智能化革命。從智能監(jiān)控，到自動駕駛汽車的實時決策，再到個性化醫(yī)療，邊緣智能為我們的生活和工作方式帶來了質(zhì)的飛躍。未來，隨著5G、低功耗AI芯片、聯(lián)邦學習等技術(shù)的進一步成熟，邊緣智能將實現(xiàn)更廣泛的普及和更深入的應用，使萬物互聯(lián)從“存在“走向”智慧“，更加高效、便捷和智能化。